Квант 2007, №6 · Страницы

4

КВАНТ 2007/№6

вначале – чтобы спираль была изогнута в форме кикоинской подписи. Не могу сказать, что в результате получился шедевр экспериментаторского искусства. Более того, при включении лампы-колбы в сеть через небольшой промежуток времени после появления долгожданного свечения фамилии нить, как и следовало ожидать, «приказала долго жить». Однако юбиляр был очень великодушен и по достоинству оценил мой прибор одноразового действия. По крайней мере, уходя, он не забыл взять лампу с собой (хотя к этому моменту она уже не работала). Еще одной запомнившейся мне «авантюрой» с участием ИКК была моя поездка в Швецию в 1984 году (моя первая индивидуальная командировка в капстрану) на Международную олимпиаду по физике в качестве корреспондента журнала «Квант». Вся процедура оформления началась с прямого звонка ИКК первому заместителю министра, который должен был подтвердить Кикоину включение моего имени в список командируемых (напоминаю, что я в то время был рядовым ассистентом МГУ) и согласие руководства Министерства просвещения СССР на выделение соответствующих валютных средств. Непосредственное оформление документов заняло не меньше трех месяцев, но времени все равно не хватило – до самого отъезда ничего не было понятно. Наконец, настал такой момент, когда через три дня начиналась олимпиада. Одновременно со мной в Швецию оформлялась команда школьников – участников олимпиады и двух руководителей, в компании с которыми я и должен был лететь. У них все шло по плану – и загранпаспорта с визами, и билеты на самолет, и наличная валюта уже ждали их в министерстве. А моя ситуация, как это часто бывало, зависла – ни да, ни нет. И тогда ИКК без промедления по знаменитой «вертушке» позвонил министру М.А.Прокофьеву (у них, насколько мне известно, были теплые неформальные отношения). ИКК знал, как без лишних слов и эмоций добиваться результатов даже в практически безвыходных ситуациях (он потрясающе знал нашу систему изнутри). Как впоследствии оказалось, несмотря на полученные ранее заверения второго лица в министерстве, без еще одного прямого звонка Кикоина министру ничего бы не состоялось – система работала в режиме постоянного выжидания удобного момента для отказа. Остановившаяся было машина опять закрутилась. На олимпиаду я полетел с опозданием, совсем один, но полетел. В этом, как потом выяснилось, была по тем временам и своя прелесть. На протяжении всей командировки я принадлежал только себе (может быть, я был слишком наивен). Это была награда за терпение. Возвращались в Москву все вместе. Не стану пересказывать свои ощущения от той поездки, скажу лишь, что все было на уровне чуда, подаренного мне одним жестом (которого могло и не быть) ИКК. И все потому, что он пообещал. Был бы на моем месте кто-то другой, ИКК сделал бы то же самое (и делал, я это точно знаю). После возвращения из Швеции я позвонил ИКК, и он пригласил меня заехать к нему домой в часы обеда, чтобы рассказать о поездке и обсудить в неформальной

обстановке накопившиеся дела. ИКК с большим вниманием выслушал мои впечатления от олимпиады. Поинтересовался, не младший ли Сигбан (Кай Сигбан – лауреат Нобелевской премии по физике 1981 года, сын Манне Сигбана – Нобелевского лауреата по физике 1924 года) возглавлял Международный оргкомитет олимпиады. В своей догадке он оказался абсолютно прав. Когда я от имени Международного оргкомитета вручил ИКК специальную папку участника олимпиады, он, быстро перелистав ее содержимое, с интересом стал разглядывать карту Стокгольма. Мы вместе нашли на ней здание городской Ратуши, в которой проходил прием, устроенный для участников олимпиады королем Швеции. ИКК отнесся к этому факту с большим одобрением, соглашаясь, что Международные олимпиады школьников вполне могут быть отнесены к разряду событий государственного значения. Узнав, что участников олимпиады разместили в живописном предместье Стокгольма (г.Сигтуна) в очень престижном учебном заведении, в котором воспитывались многие выдающиеся политики и общественные деятели, ИКК вспомнил удивительные подробности, связанные с историей этого города, и опять же оценил королевский размах устроителей олимпиады. Ушел ИКК внезапно. По крайней мере, для нас. Его хоронили в лютый мороз 30 декабря 1984 года. Я как сейчас помню, что близкие и просто любившие его (да и кое-кто из нелюбивших) всю церемонию прощания простояли без головных уборов. Нахлынуло ощущение какой-то безысходности, покинутости и, я бы даже сказал, незащищенности. Он так много сил и внимания уделял журналу, во все времена был его надежной опорой и защитой, и вдруг мгновенно, без предупреждения все изменилось, ноги перестали чувствовать землю. Время приостановилось… Мне кажется, что, несмотря на разные предчувствия и ожидания, на около месяца висевшую над журналом завесу таинственности, связанную с недолгим внутриакадемическим противостоянием интересов, история распорядилась справедливо. Главным редактором журнала «Квант» Президиум Академии наук назначил директора Института физики твердого тела, создателя одного из подмосковных, как это принято сегодня называть, наукоградов, академика Юрия Андреевича Осипьяна. С января 1985 года прошло двадцать с небольшим лет. Очень многое за это время изменилось и вокруг, и у нас в журнале. Произойди чудо и доведись мне сегодня встретиться с ИКК, не на все из поставленных создателем журнала «Квант» вопросов я легко бы нашел ответы. Особенно, когда речь заходит о тираже, который, по сравнению с лучшими годами из кикоинских времен, упал почти в 100 раз. Но хочется надеяться, что в целом, с учетом всех имевших место катаклизмов, ИКК остался бы нами доволен. По крайней мере, все эти годы и редколлегия, и редакция, претерпев неизбежные изменения как по числу, так и по составу, старались делать все возможное, а иногда и на грани возможного, чтобы журнал «Квант» оставался верен тем принципам, которые в него заложил ИКК.

К

100-ЛЕТИЮ

И.К.КИКОИНА

Взрыв

Л.БЕЛОПУХОВ кабрьский день ровно пятьдесят лет назад.Пустынная, чуть присыпанная снежком степь неподалеку от Ташкента. На небольшой высотке – несколько десятков людей. Среди них маститые академики и члены-корреспонденты – М.М.Лаврентьев, Л.И.Седов, М.А.Садовский, доктора и кандидаты наук. И мы – молодые ученые, всего лишь несколько лет назад закончившие вуз, а в этот момент разработчики и участники предстоящего события. Все взоры устремлены на одну точку в степи, где в полутора километрах от высотки виднеется маленький столбик – репер. Три часа дня – в Москве полдень. В те дни в полдень по радио звучали сигналы точного времени – «пи», «пи», «пи». И ровно в момент третьего «пи» что-то произошло. Там, где только что стоял репер, земля стала вздыматься. В степи словно расцвел живой цветок, чьи лепестки поднимались все выше и выше – до 600-метровой высоты, потом загибались и опадали вниз. Не было мощного звука, только дрогнула земля по всей округе, и на тысячи километров по земным недрам разбежалась сейсмическая волна, как при землетрясении. Это и было землетрясение, но не природное, а сотворенное человеком в пустынной местности и поэтому безопасное для людей. 19 декабря 1957 года состоялся уникальный научный эксперимент – мощный подземный взрыв. На глубине 40 метров был взорван заряд взрывчатого вещества, эквивалентный тысяче тонн тротила. Два дня непрерывным потоком возили грузовики от ближайшей железнодорожной станции этот смертоносный груз – пятьдесят железнодорожных вагонов. Эксперимент стал завершающей точкой в научной работе по исследованию подземных взрывов «на выброс» и обоснованию их дальнейшего применения в горном и строительном деле. Это было крупное научное достижение.

Для военных целей люди стали применять взрыв уже почти тысячу лет назад, когда началось использование пороха для артиллерийских и саперных целей. В 1552 году при осаде Казани саперы войска Ивана Грозного (по-видимому, это были иностранные специалисты) произвели подкоп под стены Казанского кремля, и взрывом тонны пороха в нужный момент перед штурмом стена была разрушена. В тротиловом эквиваленте заряд составлял около 50 килограммов. Апофеозом использования взрыва на войне для уничтожения людей стала Хиросимская трагедия, унесшая десятки тысяч жизней. Ну а самый крупный рукотворный взрыв прогремел 30 октября 1961 года на Новой Земле. Его тротиловый эквивалент – $5\cdot 10^{10}$ килограммов, или 50 миллионов тонн. Больше половины длины земного экватора заняли бы железнодорожные составы, выстроившиеся впритык друг за другом для перевозки такого количества тротила. Взрывы происходят и в природе. Гром – не что иное как последствие электрического взрыва в канале молнии. Взрывы гремят при извержениях вулканов, происходят в солнечной оболочке. Взрываются звезды – новые и сверхновые, взрываются даже галактики. Правда в космосе взрывы не гремят, греметь там нечему – нет газовой среды достаточной плотности. В глубине истории теряется время, когда люди впервые стали делать взрывчатые или быстрогорящие смеси – пороха. Как почти все изобретения, это было сделано в Китае для развлечения властителей ракетами и фейерверками. (Любопытно, что и сейчас петарды и фейерверки в России – в основном китайского производства.) Наверное, от таких путешественников, как Марко Поло, арабы и европейцы в Средневековье узнали, что смесь угля, серы и селитры горит так быстро, что с ее помощью можно метать ядра и разрушать стены.

Взрыв-разрушитель

Взрыв-работник

Почти у всех людей слово «взрыв» вызывает отрицательные эмоции. Грохот, пламя, разрушения, гибель людей – сегодняшнее телевидение часто «украшает» свои передачи такими сюжетами. Взрывы гремят в военных кинофильмах и современных боевиках. Ветераны войны – от Великой отечественной до афганской и чеченской – знают о взрывах по собственному опыту. А ведь были еще и ядерные («атомные») взрывы. И сейчас в подземных бункерах лежат ядерные заряды, способные уничтожить земную жизнь, если подорвать их все.

Но уже и тогда порох стали применять в мирных целях. Взрыв становился работником. В том же далеком XVI веке пороховые взрывы использовались в шахтах и на горных карьерах для дробления скальных пород. А первому российскому инженеру – императору Петру I – приписывают изобретение остроумной взрывной «гасилки» пожаров. В бочку с водой помещался пороховой заряд с подведенными к нему огнепроводящими шнурами от огнеопасных мест помещения. При возгорании шнур подрывал пороховой заряд, взрыв которого с большой силой разбрызгивал воду, и она

ЯПОМНЮ, СЛОВНО ЭТО БЫЛО ВЧЕРА, ТОТ ДЕ-

6

КВАНТ 2007/№6

гасила начинавшийся пожар. Как и всегда в России, от изобретения до его внедрения – дистанция огромного размера. Пожары продолжали жечь русские города. Всерьез взрыв стал работником после изобретения динамита в конце XIX века. Дело в том, что пороховые взрывы часто оказывались недостаточно эффективными для дробления твердых скальных пород, таких как гранит, диабаз. Химики изобрели более сильные взрывные вещества – соли гремучей кислоты, нитроглицерин и другие. Но они были очень опасны в применении – при небольших механических ударных воздействиях мог прогреметь взрыв. Хорошим примером такого взрывного вещества является йодистый азот, легко получаемый растворением кристаллического йода в нашатырном спирте. Образующийся белый порошок можно отфильтровать и, пока он не потеряет влагу, перемещать. Но как только влага испарится, достаточно легкой встряски, чтобы произошел взрыв. Энергия такого взрыва невелика, и вреда он не причиняет, но шум получается большой. Вещества этого типа сейчас используются в капсюлях патронов. Они взрываются от удара бойка пистолета или винтовки и провоцируют взрывное превращение основного заряда в патроне. Динамит более безопасен. Динамит – это различные горючие волокнистые материалы (например, хлопковая вата), впитывающие нитроглицерин (с некоторыми добавками). Нитроглицерин, заполнивший поры наполнителя, оказывается гораздо менее чувствительным к механическим воздействиям. По своей взрывной силе динамит гораздо эффективнее пороха. Это изобретение было сделано шведским химиком и инженером Альфредом Нобелем (отец которого был военным инженеров в России в эпоху Крымской войны, а братья были главными создателями нефтяной промышленности на Кавказе). Быстрое распространение динамита в горнодобывающем и строительном деле принесло изобретателю капитал, проценты от которого составляют сейчас несколько миллионов евро в год и по завещанию А.Нобеля являются финансовой основой международных Нобелевских премий. После изобретения динамита появилась вера в то, что мощные взрывные вещества смогут быть достаточно безопасны в обращении и, увы, при изготовлении артиллерийских снарядов, мин и бомб. Появились такие взрывные вещества, как тринитротолуол (тротил или тол) тетранитропентаэритрит (ТЭН), циклотриметилентринитроамин (гексоген) и их смеси. Это произошло еще при жизни А.Нобеля, и он, чувствуя ответственность и сожаление за эту сторону применения новых взрывных веществ, в числе премиальных номинаций завещал премию «За деятельность по сохранению мира».

Где сегодня применяется взрыв?

Серия приведенных в статье фотографий иллюстрирует последовательные этапы мощного подземного взрыва, осуществленного ровно 50 лет назад. В этом уникальном научном эксперименте автор статьи принимал непосредственное участие

Сегодня взрыв-работник используется в самых разных областях техники и науки. В горной и горнодобывающей промышленности – это сейсмическая разведка полезных ископаемых, вскрытие месторождений для их последующей карьерной добычи, взрывная отбойка в шахтах и горных выработ-

7

ВЗРЫВ

ках. Взрывные работы с применением пороха для добывания руд впервые были проведены в России (1617 г.) и уже потом получили распространение в Европе. В строительном деле – снос конструкций, планировка дорог и площадок в горной местности, создание систем осушительных каналов, образование плотин и перемычек с помощью мощных взрывов. В водном хозяйстве – углубление дна водоемов и речных фарватеров, уничтожение порогов и перекатов, ликвидация ледяных заторов при половодье. Кстати, первое зафиксированное в истории применение взрывчатых веществ в мирных целях произошло в середине XV века, когда с помощью пороховых зарядов было расчищено от камней и порогов русло литовской реки Неман. Эти работы, предположительно, были произведены итальянскими инженерами. В нефтеи газодобывающей промышленности – ликвидация аварий бурового инструмента, застрявшего в скважине, повышение нефтеотдачи с помощью создания дополнительной трещиноватости пласта, создание подземных хранилищ нефти и газа, ликвидация пожаров нефтяных и газовых скважин их взрывным пережимом. В отраслях металлообработки и металлургии – взрывное упрочнение металла, взрывная штамповка и сварка, дробление шлаков и крупного металлолома. В научных исследованиях – изучение свойств газов, жидкостей и твердых тел при высоких взрывных давлениях и температурах, особенностей химической кинетики, явлений переноса и фазовых переходов в этих условиях, получение на короткое время сверхсильных магнитных полей (с индукцией до 1500 Тл), изучение «звездной материи» в начальной стадии ядерного взрыва. Но, пожалуй, самое важное использование взрывов в научных целях – это сейсмическое зондирование недр Земли с помощью сильных взрывов. Таким способом были получены сведения о внутреннем строении Земли – коре, мантии, жидком и твердом ядре, что дало возможность геологии из описательной науки стать полноценной наукой – геодинамикой. Что же объединяет все эти столь различные аспекты применения взрыва? Что является наиболее характерным в этом необычном и кажущемся таким загадочным явлении природы?

Что же такое взрыв?

В «Физическом энциклопедическом словаре» (издание 1960 г.) дается такое определение: «Взрыв – внезапное изменение физического или химического состояния вещества, сопровождающееся крайне быстрым превращением (выделением) энергии, которое приводит к разогреву, движению и сжатию продуктов превращения и окружающей среды, возникновению интенсивного скачка давления, разрушению и разбрасыванию. В окружающей среде образуется и распространяется особого рода возмущение – ударная волна». Автор этого определения – А.Ф.Беляев, один из моих учителей, под диктовку которого я записал эти фразы

8

КВАНТ 2007/№6

еще в 1950 году на втором курсе Физтеха на специальности «Физика взрыва». Свыше 30 лет Александр Федорович Беляев руководил лабораторией физики взрывных процессов в Институте химической физики Академии наук СССР. Крупный ученый, обладавший незаурядным экспериментаторским талантом, той тщательностью в постановке опытов и их анализе, которая не оставляет места для сомнений в оценке результатов исследований и в выводах из них. Немаловажная деталь – за многие годы работы этой лаборатории, когда каждый день в железобетонной камере грохотали взрывы (по 130 граммов в тротиловом эквиваленте), не случилось ни одного несчастного случая. А ведь опытные заряды создавались из смесей взрывчатых веществ, их формовали, снаряжали детонаторами научные сотрудники и лаборанты, студенты и практиканты. И я помню внимание руководителя ко всем мелочам, его неуклонную суровость и неуступчивость в вопросах тщательного соблюдения правил безопасности, которые так и хотелось иной раз нарушить ради ускорения опыта и, как нам казалось, в конечном счете – ради науки. Но взрыв остается явлением, которое может быть крайне опасным, особенно при его применении без надлежащего теоретического анализа. Пример тому – известная во взрывном деле «катастрофа в Оппау». На окраине этого небольшого немецкого городка в конце первой мировой войны существовал большой склад аммонийной селитры, которую в Германии научились синтезировать прежде всего для производства артиллерийского пороха взамен ставшей недоступной природной чилийской натриевой селитры. Если натриевая селитра в смеси с углем и серой (порох) легко воспламеняется и быстро горит, то поджечь смеси аммонийной селитры значительно сложнее. В чистом виде она считалась совершенно безопасной. После войны, когда Германия уже не имела права производить оружие и порох, эту селитру стали использовать как удобрение. Но в соединении с влагой воздуха селитра образует скально-трещиноватый монолит, и было решено добывать ее не механическим способом, а как горную породу – откалывать с помощью взрывов динамита. И работа вначале шла успешно, пока однажды в 1920 году весь массив селитры не прореагировал как взрывчатое вещество (а было ее там около 11000 тонн). Городок Оппау был полностью разрушен, число жертв исчислялось многими сотнями. Сейчас аммонийная селитра – это удобрение в порошке или гранулах, совершенно безопасное с взрывной точки зрения и нехорошее только тогда, когда им злоупотребляют (пресловутые «нитраты»). Но в то же время аммонийная селитра – главная составляющая часть (до 80%) взрывчатых смесей: аммонита, аммотола и динамона, самых употребляемых во всем мире взрывчатых веществ в горнодобывающем и строительном деле. Теория взрыва помогла разобраться в этих «чудесах» с аммонийной селитрой. Прежде чем возвратиться к анализу определения взрыва по А.Ф.Беляеву, я приведу еще одно определе-

9

ВЗРЫВ

ние взрыва из «Большой советской энциклопедии» (издание 1971 г.). Его автором является старший меня на один курс по Физтеху (и, соответственно, тоже один из учеников А.Ф.Беляева) К.Е.Губкин, которого по таланту можно с полным основанием назвать «блестящим» ученым – в нем способности незаурядного физика-теоретика объединились с пониманием и знанием эксперимента. Вот его определение: «Взрыв – процесс освобождения большого количества энергии в ограниченном объеме за короткий промежуток времени. В результате взрыва вещество, заполняющее объем, в котором происходит освобождение энергии, превращается в сильно нагретый газ с очень высоким давлением. Этот газ с большой силой воздействует на окружающую среду, вызывая ее движение. Взрыв в твердой среде сопровождается ее разрушением и дроблением». Оба определения очень похожи. Они характеризуют взрыв как необычайно сложный процесс, включающий ряд химических и физических явлений. Поэтому невозможно определить врыв кратко – в первом определении 44 слова, во втором 54. Основные явления при взрыве – выделение энергии, образование сильно сжатого нагретого газа, вовлечение в движение окружающей среды (ее разрушение, если она твердая), образование в этой среде ударной волны.

Самое характерное – внезапность явления

В обоих определениях взрыва настораживает количественная неопределенность характеристик – «внезапное», «крайне быстрое», «интенсивный», «ограниченный объем», «большое количество энергии», «короткий промежуток времени», «сильно нагретый газ с очень высоким давлением». В энциклопедиях, рассчитанных на массового пользователя, такая неопределенность оценок возможно оправдана. Но в научных работах это не допускается. В чем же дело? Оправданием этой неопределенности может служить разница в масштабах взрывных явлений, разнородность их внутренних процессов. Взрывной характер носит, например, образование микротрещин. Энергия, выделяющаяся при этом, невелика по техническим меркам, чего не скажешь о последствиях, которыми может стать разрушение конструкции или безвозвратная потеря произведения пластического искусства. Пример из совсем другой области – взрывное, скачкообразное изменение интенсивности магнитного поля в земной атмосфере, когда к Земле подходит выброшенная солнечным взрывом порция плазмы. В земном магнитном поле возникает (в результате явления электромагнитной индукции) ударная магнитогазодинамическая волна, в которой интенсивность магнитного поля возрастает в несколько раз. Изменение плотности энергии земного магнитного поля при этом невелико – оно много меньше, например, изменений тепловой энергии земной атмосферы. Последствия же нам известны. В обоих этих экзотических, разнородных по своей внутренней ситуации случаях взрыва есть общее – фактор внезапности для человека. Пожалуй, это и следует выделить в определении взрыва как самое

характерное. В первом случае внезапность характеризуется долями секунды (психологическое «было» и «не стало»). Во втором – временем порядка минуты, но для человеческого организма это тоже внезапность – он не успевает своевременно перестроиться и приспособиться. Но почти во всех других взрывных процессах внезапность характеризуется временем нарастания эффекта (например, давления в звуковой волне), много меньшим естественной человеческой меры – нашего пульса. Сложность понимания взрыва заложена в объяснении этой самой внезапности – почему освобождение энергии происходит так быстро и почему освобожденная энергия так быстро разбегается вокруг.

Не столько энергичное, сколько мощное явление

Во втором определении взрыва есть неточность. Слова «процесс освобождения большого количества энергии в ограниченном объеме» не совсем корректны. Взрывчатые вещества не являются особо энергичными. Удельная энергия, освобождающаяся при взрыве тротила, – около 4,2 Ч $10^{6}$ джоулей, что соответствует энергии горения дров (самых плохих – осиновых) или энергии, получаемой организмом при усвоении 500 граммов белого хлеба. Энергия сгорания керосина или бензина (или энергия при усвоении организмом хорошего сала) в 10 раз больше. У взрывчатых веществ большая не удельная энергия, а выделяющаяся удельная мощность – из-за малого времени превращения энергии. Для одного килограмма тротила это время порядка нескольких миллисекунд, тем самым, мощность взрыва составляет пример-

10

КВАНТ 2007/№6

но $10^{9}$ ватт, или 1 гигаватт. А это – мощность крупной электростанции. Итак, взрыв – явление не столько энергичное, сколько мощное. Это есть следствие внезапности взрыва – самой существенной стороны взрывных процессов. Откуда же берется эта большая мощность или внезапность, почему превращение энергии совершается столь быстро? Ответов на этот вопрос столько же, сколько существует разновидностей взрывных процессов. Только перечислить их потребуется не одна страница текста. Конечно, их можно как-то сгруппировать, выделить существенные черты каждой группы. Я оставляю в стороне сложные для краткого популярного объяснения случаи микровзрывов внутри структуры твердых тел и макровзрывы космического масштаба.

Основные виды исходной энергии взрывов

1. Химическая энергия твердых или жидких взрывчатых веществ, взрывоопасных газовых или пылевоздушных смесей. Это самые распространенные случаи взрывов. Сущность превращения энергии при этом – это переход части электрической энергии связи электронов молекулярных орбиталей в кинетическую энергию отталкивания продуктов реакции, энергия связи в молекулах которых больше по величине, чем у исходного вещества. При этом «работают», т.е. дают кинетическую энергию и, следовательно, более высокую температуру, электрические силы отталкивания наружных электронных орбиталей продуктов. Точно таков же механизм реакции и при горении. Обычное пламя передается от одного участка газа к другому за счет процессов теплопроводности и диффузии. Важную роль при этом играет диффузионный перенос активных центров реакции – молекул, у которых векторная сумма собственных вращательных характеристик (спинов) наружных электронов не равна нулю. О таких молекулах говорят, как о частицах с ненасыщенным спином Они очень активны химически, поскольку ненасыщенный спин жаждет найти себе частицу с противоположно направленным спином. За их химическую активность эти частицы называют радикалами (в политике радикал – активный политик, действующий не по стандарту). Свободные радикалы начинают и поддерживают химическую реакцию. Быстрый перенос активных центров создает цепной (лавинный) процесс вовлечения новых частиц в реакцию и, следовательно, повышения температуры. Процесс горения в определенных условиях может перейти во взрыв. Объяснить этот переход только явлениями переноса уже невозможно, поскольку химическое превращение при взрыве, которое называют детонацией, требует понимания законов газовой динамики. И, в частности, знания особого типа движения вещества – ударной волны. 2) Ядерная энергия. Основное ее отличие от химической – в величине удельной энергии. Один килограмм ядерного превращения урана при КПД 50% дает в $10^{7}$ раз больше энергии, чем килограмм химического вещества, а килограмм дейтерида лития при термоядерном взрыве («водородная бомба») – в $10^{8}$ раз

больше. Такая концентрация энергии делает ядерные взрывы привлекательными не только для военных целей, но и в мирном строительстве плотин или при добыче полезных ископаемых. Распространенное предубеждение против опасных радиоактивных последствий «мирных» подземных ядерных взрывов основано на незнании вопроса. При взрыве в толще массива радиоактивные продукты остаются надежно захороненными в очаге взрыва в виде остеклованного вещества, практически нерастворимого в воде. Именно такова схема современной утилизации отходов ядерной энергетики – спекание до остекловывания и подземное захоронение. Природа энергетических превращений в ядерных взрывах также заключается в превращении части потенциальной энергии связи нуклонов в атомных ядрах в кинетическую энергию продуктов реакции. В случае уранового или плутониевого взрыва «работают» электрические силы отталкивания между положительно заряженными ядрами – продуктами деления исходного ядра на две части. Начальные расстояния действия этих сил имеют ядерный масштаб, а он в $10^{5}$ раз меньше расстояний атомного (молекулярного) масштаба. Да и к тому же доля превращения потенциальной энергии в кинетическую при делении ядра значительно больше, чем при разрушении молекулярного комплекса. Что же касается сильных короткодействующих взаимодействий, которые собственно и называются ядерными силами, то они, являясь силами притяжения, только мешают процессу деления в его начальной стадии и делают процесс самопроизвольного деления крайне маловероятным. Процесс деления начинается, когда ядро урана-235 или плутония захватывает нейтрон и становится сильно неустойчивым. В капельной модели ядра оно меняет форму – вместо шара становится вытянутым эллипсоидом, в котором сильно уменьшается роль ядерных сил притяжения, поскольку размер эллипсоида превышает критический порог действия ядерных сил ( 2 Ч $10^{-} 15$ м). Вот тут-то и срабатывают электрические силы отталкивания протонов, разрывающие ядро на две части. Быстрота ядерного превращения урана в бомбе также имеет своей причиной разветвленную цепную реакцию, где роль активных центров играют нейтроны, «размножающиеся» в каждом акте деления. Кинетика этого процесса описывается таким же уравнением, что и кинетика цепных химических реакций. Процесс также может развиваться стационарно (ядерные реакторы) или экспоненциально (ядерная бомба). Механизм превращения энергии при термоядерном («водородном») взрыве другой. Суть ядерных реакций при этом – образование гелия при слиянии ядер водорода (точнее, его изотопов – дейтерия и трития). Кинетическая энергия образовавшегося гелия и нейтронов высока за счет работы, совершаемой при слиянии (синтезе) силами притяжения. А это могут быть лишь ядерные силы – ведь электрические силы отталкивания только мешают водородным ядрам соединяться. Для преодоления отталкивания обязательно нужен начальный запас кинетической энергии, т.е. вещество

11

ВЗРЫВ

должно быть очень сильно разогрето – до десятков и сотен миллионов градусов. При слиянии ядер включаются ядерные силы, притягивающее действие которых значительно сильнее электрического отталкивания. И израсходованный запас необходимой начальной кинетической энергии восстанавливается с лихвой – температура возрастает до миллиардов градусов. Это и происходит внутри нашего родного Солнца (как и всех других звезд). В действующих конструкциях водородных бомб (вернее, к счастью – бездействующих) предусматривается несколько реакций синтеза, дающих общую выделяющуюся энергию на порядок большую, чем в реакциях ядерного деления. К сожалению, пока процесс ядерного синтеза умеют осуществлять только в лавинном, экспоненциальном, взрывном варианте. Осуществление стационарного ядерного процесса – мечта, но все же, по-видимому, осуществимая. Отмечу, что мощность ядерных (а тем более – термоядерных) взрывов составляет фантастические для человеческого воображения величины. Так взрыв хиросимской бомбы имел мощность $10^{22}$ ватт. Для сравнения – мощность всех электростанций Земли не превышает $10^{14}$ ватт. При ядерных взрывах, кроме обычных поражающих факторов (разрушение всего вблизи, действие ударной волны вдали), есть и добавочные факторы – воздействие сильного теплового, рентгеновского и гаммаизлучения, а также радиоактивность продуктов взрыва и ставшей радиоактивной почвы, распространяющейся с пылевым облаком («грибом») на большие расстояния от взрыва. 3) Электрическая энергия. Это самые древние известные людям взрывы – грозовые явления. Молния очень быстра. За доли секунды образуется длинный изломанный канал, представляющий собой плазму, имеющую высокие температуру и давление. Эта плазма, расширяясь, образует в окружающем воздухе ударную волну, которая, распространяясь и ослабевая, превращается в сильную акустическую волну. Мы воспринимаем ее как гром. Вблизи молнии можно ощутить, кроме ее теплового излучения, действие ударной волны. Взрыв молнии напоминает взрыв длинного шнура из взрывчатого вещества (так называемый детонационный шнур для инициирования взрывных зарядов с большого расстояния). Помимо взрывного воздействия, разряд молнии может нанести и поражение электрическим током. В лабораторных условиях электрический взрыв осуществляется пропусканием сильного тока по тонкой металлической проволоке. 4) Кинетическая энергия быстро двигающихся тел. Эта энергия после ряда превращений выделяется в виде кинетической энергии препятствия или воздуха. Такова природа взрывов, происходящих при падении метеоритов. При малых углах наклона к горизонту взрыв может произойти в воздухе с образованием сильной ударной волны. Так случилось, например, при падении в 1907 году Тунгусского метеорита, когда

выделилась энергия, эквивалентная энергии взрыва 10 мегатонн тротила. При больших углах наклона путь метеорита в атмосфере значительно короче, и кинетическая энергия превращается в тепловую уже в толще земли. Это – аналог подземного взрыва с образованием взрывной воронки (метеоритного кратера). Такое бывало на Земле – геологи насчитывают несколько огромных кратеров, сейчас уже заполненных осадочными породами. На Луне, где атмосферы нет, каждый метеорит образует воронку взрыва – лунный лик испещрен метеоритными кратерами. 5) Потенциальная энергия упругих деформаций в земной коре. Огромный массив породы может быть сжат окружающей средой и иметь сильные упругие деформации (сжатия или сдвига). Иногда достаточно небольшой подвижки пород, чтобы энергия упругой деформации перешла в кинетическую энергию среды (по аналогии с разжимающейся пружиной). Это и есть внутренний механизм землетрясений, которые представляют собой волновое последствие первоначальной разгрузки деформации, носившей внезапный, взрывной характер. 6) Внутренняя энергия сжатых газов. Если стенки сосуда, содержащего сжатый газ, внезапно разрушаются, то внутренняя энергия, согласно первому началу термодинамики, будет «работать» над окружающей средой, прежде всего расширяя ее и образуя ударную волну. Это – взрывы баллонов со сжатым газом (часто сопровождающиеся воспламенением газа, если он горючий), взрывы паровых котлов при нарушении правил их эксплуатации. В природе это – вулканические взрывы. Например, взрыв острова Санторин в XV веке до н.э. – возможный прообраз гибели Атлантиды. В 1883 году при грандиозном взрыве вулкана Кракатау по всей атмосфере распространилось облако поднятой взрывом вулканической пыли. Классическое объяснение такого взрыва устами своего героя инженера Сайруса Смита сделал Жюль Верн в романе «Таинственный остров».

Что же общего имеют все шесть рассмотренных случаев взрывного превращения? Прежде всего, это внезапный переход запасенной потенциальной энергии (или даже кинетической – для метеоритов) в главный взрывной эффект – кинетическую энергию движения продуктов взрыва и окружающей среды, что сопровождается разлетом осколков взрывного устройства и окружающих предметов и образованием взрывной ударной волны (об этом будет рассказано позже). В заключение этой статьи я остановлюсь на применении мощных (с большой энергией) взрывов в мирных целях.

Крупные взрывы в нашей стране

Наша страна (Россия, СССР) всегда была передовой и по объему использования крупных взрывов ( в том числе и ядерных), и по научному обоснованию этого использования. Так сложилось развитие науки, что еще в довоенные годы появился раздел технической физики – «физика взрыва». В этой научно-техни-

12

КВАНТ 2007/№6

ческой области сформировались такие ученые, как будущие академики Ю.Б.Харитон, Я.Б.Зельдович, К.И.Щелкин, М.А.Садовский, будущие генералы Г.И.Покровский, Б.А.Олисов. Неслучайно почти все они впоследствии возглавили работы по атомному проекту СССР, которые были связаны непосредственно с взрывными ядерными устройствами и с действием взрыва. И.В.Курчатов – мозг и сердце атомного проекта, не будучи сам специалистом в этой области, доверял им. Я здесь не упоминаю многих других ученых, вложивших в этот проект неоценимый вклад, в частности – создателя и душу журнала «Квант» академика И.К.Кикоина, занимавшегося в атомном проекте задачей разделения изотопов. В использовании мощных взрывов в мирных целях особенно велика роль академика М.А.Садовского, возглавлявшего в 1960–1992 годы спецсектор, а потом и весь Институт физики Земли АН СССР, генерала Г.И.Покровского и директора треста «Союзвзрывпром» М.М.Докучаева. В 1936 году на Урале на Коркинском угольном месторождении было одновременно взорвано 1808 тонн взрывчатого вещества – образовалась большая траншея для добычи угля открытым способом. В послевоенные годы усилилось внимание к применению мощных взрывов в строительном деле – для создания плотин, в горнодобывающей промышленности – для создания подземных полостей и вскрытия месторождений полезных ископаемых. В 1966–67 годах с помощью серии направленных взрывов взрывчатого вещества общей массой 5300 тонн была создана плотина на реке Малая Алмаатинка в урочище Медео под Алма-Атой. Плотина надежно защитила тогдашнюю столицу Казахстана от опасности селевых потоков. В 1968 году несколько взрывов с общей массой взрывчатки 2000 тонн обрушили берега реки Вахш в Таджикистане. Была создана плотина высотой 40 метров. Воды искусственного водохранилища с тех пор направляются по туннелям на орошение и промышленные нужды долинной местности. При обосновании этой работы и разработке проекта взрыва был учтен отрицательный опыт США, где в 1929 году аналогичная идея закончилась провалом – надежную плотину создать не удалось. Успешность крупных взрывов в СССР была основана на создании теории действия взрыва на горные породы, который должен приводить к их направленному выбросу. Эта теория была создана после серии экспериментов, проведенных в Институте химической физики АН СССР в 1955–1960 годы под общим руководством академика М.А.Садовского. Эксперименты проводились в лаборатории с зарядами порядка одного грамма, на полигонах – от одного до тысячи килограммов. В 1957 году под Ташкентом в одних и тех же грунтовых условиях была проведена серия взрывов на выброс с массой заряда от одной до тысячи тонн. Пожалуй, при современном отношении к фундаментальным научным исследованиям на такую работу

денег никто бы не выделил (в современных ценах эта работа стоила бы свыше ста миллионов рублей). В начале статьи я рассказал о заключительном, тысячетонном взрыве этой серии экспериментов. Кратер взрыва (взрывная воронка) существует и сейчас. Он представляет собой единственное в этой безводной местности озеро диаметром 200 метров и успешно используется для сельскохозяйственных нужд. Но взрыв проводился, конечно, не для этого, а с целью получения экспериментальных данных о разлете грунта при таких мощных взрывах. Соответствующая теория, учитывающая влияние силы тяготения на движение вещества при подземном взрыве, в то время еще только создавалась, и этот мощный взрыв позволил получить надежные расчетные формулы и осуществить успешное проектирование крупных подземных взрывов, некоторые из которых я охарактеризовал. Автор статьи принимал участие в этом эксперименте в качестве начальника отряда кинематографических наблюдений. Было задействовано несколько десятков аппаратов для киносъемок с частотой от одного до тысячи кадров в секунду. В статье приводится серия фотографий этого взрыва в различных стадиях его развития. Для того чтобы узнать, где окажутся породы, непосредственно прилегающие к заряду, в заряд были введены «меченые атомы» – быстро распадающиеся изотопы. Они оказались надежно погребенными глубоко под дном нынешнего озера. Ведь если бы заряд был ядерным, эти породы были бы опасно радиоактивными. «Меченые атомы» показали возможность использования для подобных целей и ядерных взрывов – куски радиоактивной породы при этом не разлетаются, а остаются погребенными. В заключение упомяну, что в мирных целях широко использовались и ядерные взрывы (и не только в нашей стране) – вплоть до запрещения в 1996 году проводить любые ядерные взрывы, в том числе и подземные. Обычно это не афишировалось, поскольку было связано и с оборонными задачами – испытанием новых конструкций бомб. Но поскольку скрыть эти взрывы все равно было невозможно из-за их сейсмического действия, сегодня в открытой печати можно найти все сведения о времени, месте и цели их проведения. За период с 1965 по 1988 год в нашей стране (СССР) было осуществлено 116 подземных ядерных взрывов в мирных целях. Их них 39 было проведено в научных целях – для исследования земных недр с помощью возникающих при взрыве мощных сейсмических волн. Готовя к печати эту статью, я был рад возможности еще раз вспомнить моих друзей – начальника экспедиции В.Н.Родионова, начальника отряда сейсмических наблюдений А.Н.Ромашова и многих других. И еще раз ощутить благодарность всем моим учителям, и прежде всего – «главному взрывнику» страны академику М.А.Садовскому, нашему незабвенному «Михалу», как его с любовью называли и мы, его ученики, и все ученые, занимавшиеся изучением взрыва.

(Продолжение следет)

24

КМШ

КВАНТ 2007/№6

Задачи

Известно, что (a – b + 2007), (b – c + 2007), (c – – a + 2007) – последовательные целые числа. Какие? Д.Калинин

ходит по закону: «угол падения равен углу отражения», который иллюстрирует рисунок Докажите, что движение шарика периодично с периодом 5 секунд. Г.Гальперин

Белые шахматные фигуры (полный комплект: 8 пешек, две ладьи и т.д.) перессорились и решили друг друга побить. Может ли шахматист расставить их (только их) на шахматной доске так, чтобы никакая фигура никакую не била? А.Хачатурян

Сумма двух натуральных чисел равна 2007. Какое наибольшее значение может иметь остаток от деления большего числа на меньшее? Тот же вопрос, если сумма равна 2008. И.Акулич

Бильярдный шарик, двигаясь без трения на круглом бильярдном столе без луз, отражается от точки Р борта и через 5 секунд отражается второй раз в той же самой точке Р (возможно, в другом направлении, чем в первый раз). Отражение шарика от борта проис-

Эти задачи предназначены прежде всего учащимся 6 – 8 классов.

А: Я не знаю этих чисел. В: Если бы мое число было произведением, я бы знал загаданные числа. А: Но я все равно не знаю этих чисел. В: Да и я не знаю. А: А я уже знаю их. В: Да и я знаю. Что это за числа? В.Лецко

Иллюстрация Д.Гришуковой

Математик С предложил математикам А и В такую загадку. – Я задумал три попарно различных натуральных числа, произведение которых не превосходит 50. Сейчас я по секрету сообщу А это произведение, а В – сумму задуманных чисел. Попробуйте отгадать эти числа. Узнав произведение и сумму, соответственно, А и В вступили в диалог.

26

КВАНТ 2007/№6

СКАЗКА О РЫБАКЕ И ЕГО СЛЮДЯНОЙ ЧУДО-ЛЕСТНИЦЕ

С.ДВОРЯНИНОВ, А.ЖУКОВ

Сижу, старик, у тихих вод И тихо так пою, И солнце каждый день клюет На удочку мою. В. Ходасевич. Рыбак

ям приходилось Старику отправляться на берег. А старая все бранится да бранится. Все ей мало рыбы.

«Ж го синего моря, Старик ловил неводом рыбу, Старуха…» Да, пряла, как все знают, свою пряжу. Но не только. Дело-то было на берегу Байкала-моря, рыбы-омуля там много, так что Старуха рыбу и сушила, и вялила, и солила. А потом проезжим купцам продавала. Тем они и жили. Избушка их была аккурат в том месте, где сейчас город Слюдянка стоит. Богатые залежи удивительной слюды в тех горах имелись. Особенно прославился край во времена императрицы Анны Иоанновны. Задумала императрица весь мир удивить и построить для своих балов и званных вечеров необычный дворец. Дворец-то ледяным был – был там лед, зимой на Неве нарубленный. Но только кроме льда много для его постройки привезли и слюды с берега Байкала. И летом на телегах, и зимой санным путем по царскому указу тянулись в Петербург обозы со слюдой. Применяли при строительстве слюдяные плиты тайно от иностранцев. Ледяной дом и ледяной – так всем говорили. Только этот дом и летом стоял, не таял. Уже тогда по Европе пошла молва о русском льде, которому и жаркое солнце нипочем! Уж больно прозрачной да чистой была та слюда, ото льда не отличишь. Настоящее восьмое чудо света было сотворено. После смерти императрицы дворец пришел в запустение, потом его разобрали, слюдяные плиты и кирпичи распилили на части, купцы их распродали, и много тогда появилось на Руси слюдяных окошек. Но вернемся к Старику и его Старухе. С годами все труднее становилось Старику уходить на своей лодке от берегов. Не хватало уже былой силы тянуть полный рыбы невод из байкальских глубин. И главное – все труднее становилось ему переносить холод, идущий от студеной байкальской воды. Делать нечего, пришлось Старику устроиться с удочкой не берегу. Хорошо ему сидеть на нагретом солнцем гранитном бережку! Только Старуха браниться начала: меньше стал Старик домой рыбы приносить. Понятно, конечно, почему. Рыба ищет где глубже… А Старуха не унимается: подавай ей, Старик, рыбы столько же, сколько раньше лавливал! Поохал Старик, повздыхал, да делать нечего. Надо Старухину волю исполнять. Теперь уже и по воскресень-

Иллюстрация В.Иванюка

ИЛИ-БЫЛИ СТАРИК СО СТАРУХОЙ У САМО-

Кокичи Сугихара:

Рис. 7

В словосочетании «невозможные» фигуры первое слово взято в кавычки. Почему? Оказывается, «невозможные» объекты в нашем трехмерном мире вполне возможны, только выглядят они совсем не так, как нам диктуют наши стереотипы восприятия чертежей. Реальный объект – прототип иллюзии – может иметь разрывы, деформации, но с некоторой точки зрения это легко не заметить – и вот вам чудо во всей красе! Трюк с разрывом использовали художник Брайан МакКей и архитектор Ахмад Абас, создавая архитектурную достопримечательность города Перта (Австралия). Алюминиевая конструкция с ребристой структурой высотой 13,5 метров (рис. 8) с определенной

Рис. 9

тельная конструкция. Сосканируйте или сделайте ксерокопию приведенных на рисунке 10 чертежей, увеличьте их с помощью подходящего редактора

Рис. 10

Рис. 8

точки зрения выглядит как «невозможный треугольник» Пенроуза (рис. 9). Эти фотографии специально для журнала «Квант» сделала Анна Звонкова (Австралия). Впрочем, не обязательно ехать в Австралию. Профессор математики из Токийского университета Кокичи Сугихара, автор оригинальных расчетных методик инженерной графики (www.simplex.t.u- tokyo.ac.jp/~sugihara), предлагает воплотить эту идею в бумаге. Для этого он рассчитал «выкройки» трех бумажных брусков, из которых склеивается удиви- изображений (для этих целей, например, хорошо подходит программа Photoshop), распечатайте, а дальше призовите на помощь ножницы и клей. На склеенную модель рекомендуется смотреть одним глазом с расстояния, в 20 раз превышающего характерные размеры модели. При подготовке этой статьи были использованы материалы сайта http://im-possible.info, а также книги Кокичи Сугихары «Восхищение невозможными объектами».

В. Алексеев, А. Жуков

46

КВАНТ 2007/№6

Отделение биологии

Набор объявляется в 35-й раз. Зачисление проводится на конкурсной основе по результатам вступительной работы. В конкурсе могут принять участие школьники, которые в этом учебном году занимаются в 8 или 9 классе, независимо от места проживания. Обучение для восьмиклассников длится 3 года, для девятиклассников – 2 года. Учащимся восьмых классов необходимо решить задачи 1– 3 и одну из задач 4, 5 помещенной ниже вступительной работы, девятиклассникам – задачи 2, 3 и две из задач 4–6. В ответах можно использовать и факты, найденные в литературе, и собственные идеи. Просим для сведений, почерпнутых из книг, приводить ссылки на источники. Вместе с работой пришлите конверт с маркой и заполненным адресом (для отправки решения приемной комиссии). Срок отправки вступительной работы – до 31 мая 2008 года.

Задачи

1. Несмотря на разнообразие зверей и птиц (биологи насчитывают тысячи видов тех и других), лишь немногие из них были одомашнены человеком. Что же препятствовало одомашниванию других видов? Постарайтесь указать как можно больше причин. 2. В ряде случаев, выращивая (в больших масштабах или на личных участках) какое-то растение, вместе с ним на ту же территорию высаживают небольшое количество растений другого вида. Для каких целей это делается? Предложите как можно больше объяснений. 3. Обычно инкубационный период заболевания – время между попаданием возбудителя в организм и появлением симптомов болезни, сопровождающихся явным ухудшением самочувствия, – составляет несколько дней. Эта ситуация представляется вполне естественной – попав в благоприятные условия, возбудитель начинает быстро размножаться и вскоре достигает такой численности, когда его воздействие на физиологические процессы в организме-хозяине становится существенным. Однако существуют и инфекционные болезни людей, для которых инкубационный период может оказаться значительно более продолжительным. Каким из известных вам болезней это свойственно? С какими причинами может быть связана такая задержка для данных болезней? 4. В спортивные секции и спортшколы берут далеко не всех претендентов – многих желающих тренеры «отбраковывают» сразу или после нескольких занятий. Какими соображениями тренеры при этом руководствуются? Конечно, ответ на этот вопрос будет зависеть от вида спорта. Поэтому рассмотрите несколько спортивных секций и дайте ответ для каждой из них. 5. В вашем распоряжении имеются медико-статистические данные за несколько последних лет о частоте и причинах смертности, а также различных заболеваний среди жителей определенного региона. Как на основании этих сведений определить места проживания, наиболее опасные для здоровья? Ясно, что нельзя просто остановить свой выбор на местности с максимальной смертностью – такой выбор в некоторых случаях окажется ошибочным. (А кстати, почему?) Какие районы в вашем городе или области (крае, республике) наиболее опасны для здоровья их жителей? Почему вы так считаете? 6. По мнению Кифы Мокиевича, существование витаминов убедительно подтверждает правоту ламарковской, а не дарвиновской теории эволюции. Ламарк без затруднений объяснил бы возникновение витаминов – стремление живых

существ к прогрессу приводит к появлению у живых организмов новых, более эффективных биохимических процессов, которые, однако, не могут реализоваться из-за отсутствия какого-то нужного вещества (витамина). Впоследствии же, если повезет, животное расширит свой пищевой рацион (тоже стремясь к прогрессу), и тогда с участием витаминов произойдет «включение» уже существующего биохимического процесса. Дарвинистам же, полагает Кифа Мокиевич, придется изрядно попотеть, чтобы объяснить возникновение явно неприспособительного признака: организм почему-то переходит от самодостаточного обмена веществ к зависимости от поступления или непоступления витаминов извне. В чем, на ваш взгляд, состоит ошибка Кифы Мокиевича?

Отделение физики

Отделение работает 16 лет. Обучение одно-, двухи трехгодичное. На трехгодичный поток (курс Ф3) принимаются оканчивающие в 2008 году 8 классов средней школы, на двухгодичный (курс Ф2) – оканчивающие 9 классов и на одногодичный (курс Ф1) – 10 классов. Учащиеся, оканчивающие 10 класс, могут пройти ускоренно всю программу за один год (курс Ф0). Для поступления на курс Ф3 нужно решить задачи 1–5 приведенной ниже вступительной работы, на курс Ф2 – задачи 4–9, на курс Ф1 – задачи 5–10, на курс Ф0 – задачи 4–10. На обложке тетради следует указать фамилию, имя и отчество, код курса (Ф0, Ф1, Ф2 или Ф3), сколько классов будет закончено к 1 сентября 2008 года, полный почтовый адрес (с индексом), e-mail (если есть), телефон. Срок отправки вступительной работы – до 1 июня 2008 года. Группы «Коллективный ученик» принимаются на курсы Ф1, Ф2, Ф3 без вступительной работы. Адрес отделения в Интернете: http://phys.problems.ru

Задачи

1. Экспресс, двигаясь с постоянной скоростью, проезжает мимо светофора за время $t_{0} = 8 c$, а затем последовательно обгоняет две электрички одинаковой длины, затрачивая на это время $t_{1} = 20 c$ и $t_{2} = 15 c$. Сколько времени первая электричка будет обгонять вторую, если ее скорость в полтора раза больше, чем у второй? 2. Кусок тающего льда с вмерзшей в него свинцовой дробинкой опускают в воду. После того как растаял лед массой $m_{1} = 100$ г, объем погруженной части куска сократился вдвое. Когда масса льда уменьшилась еще на $m_{2} = 50$ г, кусок начал тонуть. Найдите массу дробинки, если плотность льда $\rho_{л} = 0,9$ г $см^{3}$, воды $\rho_{в} = 1,0$ г $см^{3}$, свинца $\rho_{c} = 11,3$ г $см^{3}. 3.$ В мостиковой схеме, изображенной на рисунке 1, ток через гальванометр не течет. Известно, что при увеличении сопротивления резистора 1 на R = 1 Ом мостик останется в равновесии, если изменить сопротивление резисторов 2 или 4 на 3R или изменить сопротивление резистора 3 на 2R. Найдите величины сопротивлений резисторов, входящих в мостик. 4. Куб, нижняя половина которого сделана из одного материала, а верхняя – из другого, стоит на наклонной плоскости с углом $\alpha$ при основании. При медленном увеличении $\alpha$ до значения $\alpha_{1} = 30 ^\circ$ куб Рис. 1

48

КВАНТ 2007/№6

Наш e-mail: [email protected] Наш сайт: www.philologist.ru

Вопросы

1. Приведите примеры из русской или зарубежной литературы, когда автор «влезает в шкуру» животного. Какого художественного эффекта достигает писатель или поэт, ведя повествование от лица собаки, кошки, рыбки, птички? 2. И после того как А.С.Пушкин посетовал: «Четырехстопный ямб мне надоел», этот размер остается самым популярным. Докажите это, вспомнив шедевры русских поэтов разных эпох. 3. Есть люди, которые не понимают смысла некоторых пословиц и поговорок и для них требуется специальное «научное пояснение». Исходя из этих пояснений восстановите пословицы и поговорки: А) Проблема транспортировки жидкости в сосуде переменной плотности. Б) Удвоение личностной ценности субъекта после получения им травматического шока. В) Отрицательное отношение домашней птицы с нежвачным парнокопытным. 4. Вставьте пропущенные буквы, расставьте недостающие знаки препинания: А между тем давно (не)чита(н, нн)ые долгое время (н…)кем (не)востребова(н, нн)ые сейчас видимо соверше(н, нн)о (не)нужные книги стояли впереме(ж, ш)ку с клее(е, я)(н, нн)ыми-перекле(е, я)(н, нн)ыми (по)всякому реставрирова(н, нн)ыми книгами, которые были написа(н, нн)ы несомне(н, нн)о подл…(н, нн)ыми мастерами слова или как говорит библиотекарь к(о, а)рифеями.

Отделение экономики

Отделение основано в 1993 году. Обучение проводится по двум основным программам: «Прикладная экономика» и «Экономика и география». Программа «Прикладная экономика» включает изучение основ экономической теории, а также знакомство с практикой бизнеса в деловой игре по переписке. Учащиеся программы «Экономика и география», помимо изучения основ экономической теории, знакомятся с физической и экономической географией, участвуют заочно в увлекательных путешествиях по странам мира. Окончившим одну из основных программ предлагается специализация по выбору: «Основы предпринимательства и менеджмента», «Бухгалтерский учет и финансовый анализ», «Мировая экономика», «Экономика России: прошлое, настоящее и будущее». На отделение принимаются все желающие с образованием не ниже 7 классов средней школы. Обучение проводится либо индивидуально, либо в небольших группах (2 – 4 человека). Формы обучения «Коллективный ученик» на экономическом отделении нет. Учащимся 10–11 классов, желающим подготовиться одновременно к вступительным экзаменам на экономический факультет МГУ и к сдаче ЕГЭ для успешного поступления в другие экономические вузы, предлагается специальная программа «Экономика ПЛЮС», включающая, наряду с экономическими дисциплинами, углубленное изучение нескольких дополнительных предметов: математики, обществознания, русского языка и литературы. Для школьников, интересующихся географической наукой и собирающихся поступать на географический факультет МГУ или другого вуза, существует программа «География ПЛЮС», созданная преподавателями ОЛ ВЗМШ и географического факультета МГУ на основе опыта подготовительных курсов по географии Московского университета.

Вступительная работа для учащихся дается в форме теста. Решения присылайте только на открытках с указанием полного почтового адреса и индекса, фамилии, имени и отчества (все – печатными буквами); обязательно укажите источник информации об ОЛ ВЗМШ и напишите «Экономика, вступительный тест-2008». На открытке достаточно записать в строчку номера вопросов и под каждым написать букву, соответствующую ответу, который вы считаете правильным. В 2008 году в Китае пройдут XXIX летние олимпийские игры, а в 2014 году столицей зимней олимпиады станет город Сочи. Этим событиям и посвящен наш тест. Правильно ответившие на все вопросы получат из букв своих ответов зашифрованное слово (фразу). Срок отправки вступительной работы — до 15 мая 2008 года.

Тест

1. Родиной олимпийских игр является: П) Вавилон; Ч) Древний Египет; О) Античная Греция; В) Античный Рим. 2. Первая олимпиада современности состоялась в: Л) 1896 году; С) 1914 году; Е) 1956 году; И) 1988 году. 3. Укажите ошибку среди официальных олимпийских девизов: М) быстрее; К) выше; Е) сильнее; И) артистичнее. 4. Какой известный философ являлся шестикратным чемпионом олимпийских игр: М) Пифагор; П) Цицерон; И) Декарт; Ч) Диоген? 5. На скольких континентах проводились олимпийские игры: Н) двух; П) трех; Е) четырех; И) пяти? 6. В какой стране город Олимпия является административным центром одного из регионов: С) Греция; 2) Крит; О) Македония; И) США? 7. Всероссийская олимпиада школьников, проводимая совместно МГУ и газетой «Московский Комсомолец», это: 0) «Очаруй Московский университет»; А) «Покори Воробьевы горы»; Н) «Возьми последний рубеж»; Т) «Превзойди Михайло Ломоносова». 8. Предположим, что Центральный банк Китая осуществил ревальвацию юаня по отношению к доллару США. Следствием указанного события, при прочих равных условиях, может стать снижение: 0) объема импорта банковских услуг Китаем из США; А) объема экспорта информационных технологий США в Китай;

49

ИНФОРМАЦИЯ

Д) туристических поездок американцев в Китай; В) туристических поездок китайцев в США. 9. В студенческой олимпиаде приняли участие 500 спортсменов. По ее итогам 190 спортсменов получили золотые медали, 350 — серебряные, 270 — бронзовые; 65 студентов были награждены и золотыми и бронзовыми медалями, 130 — золотыми и серебряными медалями, 140 — серебряными и бронзовыми. Сколько студентов смогли одновременно завоевать медали всех трех категорий: А) 25; О) 50; Т) 75; 8) 100?

Отделение «Нравственность, право, закон» (право и граждановедение)

Это – двенадцатый набор на отделение. Школьникам 8 – 11 классов и группам «Коллективный ученик» предлагаются два курса. 1) Годовой курс «Беседы о правах человека, нравственности, праве, законе и государстве». В курсе даются современные представления об основных понятиях, связанных с правом, законом и государством, рассказывается об основах российского законодательства, о правах человека. Разбираются примеры судебных процессов, приводятся общекультурные примеры, связанные с направленностью курса. 2) Полуторагодовой курс «Беседы об основах демократии». Мы предлагаем проходить курсы именно в таком порядке. И только старшеклассники, если они не успевают пройти два курса подряд, но хотят освоить именно второй курс, могут начинать прямо с него. Желающие поступить должны сообщить свой полный почтовый адрес (адрес электронной почты, если есть), фамилию, имя и отчество, сколько классов закончено. При оценке вступительной работы мы учитываем возраст (базовое образование) поступающего. В письмо обязательно вложите обычный конверт с маркой и вашим адресом (чтобы мы могли вам ответить) и ответы на приведенные ниже вопросы. Срок отправки вступительной работы – до 1 июня 2008 года. Группы «Коллективный ученик» принимаются без вступительной работы.

Вопросы

1. Назовите трех-четырех известных российских дореволюционных юристов. 2. Кто автор следующих слов: «Мы все глядим в Наполеоны, двуногих тварей миллионы для нас орудие одно…»? 3. Вы – руководитель небольшого предприятия, работаете строго в соответствии с законом. Но неожиданно в одной из газет появилось сообщение, порочащее деятельность вашего предприятия. Естественно, вы хотите подать иск в суд. Какие из перечисленных ниже требований вы можете предъявить: а) поместить опровержение; б) закрыть данную газету; в) возместить материальный ущерб, нанесенный предприятию опубликованием неверных сведений о нем; г) снять с работы главного редактора; д) возместить предприятию моральный вред?

Отделение истории

Отделение открылось в 1998 году. Обучение на отделении позволит всем, в том числе жителям самых отдаленных городов и деревень, расширить свой кругозор, подготовиться

к поступлению в вуз. Успешно прошедшие курс обучения получают диплом. А зачем нужно изучать историю? Во-первых, это просто интересно. Любопытно знать, как жили когда-то люди, во что одевались, чем питались, что читали, как женились и выходили замуж, за что боролись и «на что напарывались». Во-вторых, это полезно. Только зная прошлое, можно понять настоящее и спрогнозировать будущее. Мы поможем вам в этом разобраться. Специально для вас опытные преподаватели пишут книжки. Последние новости из мира истории вы узнаете одними из первых! Мы будем поддерживать с вами постоянную связь. По нашим книжкам вы будете выполнять особые задания и сообщать нам, что вы раскопали. Ведь, в сущности, труд историка и состоит из этих раскопок. Историкархеолог, копая землю и песок, отыскивает крупицы ушедших времен; историк-архивариус копается в груде бумаг и достает из архивов и даже из частной переписки все, что может позволить ему понять образ времени; историк-теоретик как увлекательный роман читает археологические таблицы, сухие сводки, статистику и восстанавливает по ним живую ткань ушедшей жизни. У историка особая профессия: он в одном лице следователь, прокурор и адвокат времени. Вступительное задание на отделение выполняется на двойном листе бумаги. Срок отправки вступительной работы – до 1 июня 2008 года. Группы «Коллективный ученик» принимаются без вступительной работы.

Задание

1. Отгадайте, кто это: g Русский промышленник, ситцевый магнат, меценат. g Его жена и друг, Вера Николаевна, – урожденная Мамонтова. g Молодой купец с гидом и картой объехал все европейские музеи и сделался тонким знатоком живописи. g В 24 года основал в своем родовом доме частную галерею русской живописи. g В 60 лет передал свою галерею в дар Москве. g Из всех современных ему художников предпочитал передвижников. g Мечтал найти иконы Рублева, но удача улыбнулась другому коллекционеру. g Стал первым директором основанного им музея, тратил на него все свои сбережения, но из скромности никогда не являлся на собственные юбилеи. g Совершенно бескорыстен. Его бумажник всегда был открыт для нуждающихся. g С художниками никогда не торговался. Заказывая картины, платил сполна. g Его именем назван национальный музей и станция метро в Москве. g Его портрет работы Репина украшает залы созданного им музея. g Его последние слова родственникам: «Берегите галерею». 2. Опишите, не более чем в 7 предложениях, политический портрет второго президента России.

Внимание!

Отделение истории проводит набор на курс «Обществознание». Курс включает следующие дисциплины: философия, социология, политология, теория государства, государственное устройство России, право, экономика. Слушателям будут направляться оригинальные учебные

50

КВАНТ 2007/№6

пособия, созданные на основе многолетнего опыта работы авторов курса. Проверка знаний будет осуществляться с помощью общепринятой системы тестирования. Программа курса рассчитана на 1 год. Обучение носит заочный характер и имеет целью дать выпускникам школ – как крупных городов, так и небольших сел – глубокие знания по общественным дисциплинам, подготовить их к успешной сдаче ЕГЭ и поступлению в гуманитарные вузы. Для записи на курс необходимо отправить заявление до 1 июня 2008 года (с пометкой: курс «Обществознание»). В заявлении укажите: фамилию, имя, отчество, свой полный домашний адрес (с индексом!), класс, в котором вы будете учиться с 1 сентября 2008 года.

Отделение информатики

Отделение открылось в 2006 году. Прием ведется на курс «Программирование для начинающих». На отделение принимаются все желающие с образованием не ниже 7 классов средней школы. Для успешного выполнения практических заданий должна быть возможность работы на компьютере. За год обучения учащиеся освоят основные конструкции языка Паскаль, изучат простейшие алгоритмы и в качестве итоговой работы напишут игровую программу. Для зачисления необходимо прислать анкету с ответами на приведенные ниже вопросы. Внимание! Ответы на вопросы анкеты присылайте на двойном тетрадном листе, указав на первой странице важные

Федеральная заочная физикотехническая школа при МФТИ

Федеральная заочная физико-техническая школа (ФЗФТШ) при Московском физико-техническом институте (МФТИ) проводит набор учащихся общеобразовательных учреждений (школ, лицеев, гимназий и т. п.), расположенных на территории Российской Федерации, на 2008/09 учебный год. ФЗФТШ при МФТИ как государственное образовательное учреждение профильного дополнительного образования детей работает с 1966 года. За прошедшие годы школу окончили более 80 тысяч учащихся; практически все ее выпускники поступают в ведущие вузы страны, а каждый второй студент МФТИ – ее выпускник. Финансирует школу Федеральное агентство по образованию. Обучение для учащихся, проживающих в Российской Федерации, в рамках утвержденного плана приема – бесплатное. Научно-методическое руководство школой осуществляет Московский физико-технический институт (государственный университет), который готовит высококвалифицированных специалистов по современным направлениям науки и техники. В их подготовке принимают участие ведущие отраслевые и академические научно-исследовательские институты и научно-производственные объединения страны (базовые организации МФТИ). Преподавание в МФТИ ведут известные педагоги и ученые, среди которых около 100 членов Российской академии наук. Физтеховское образование позволяет не только успешно работать в науке, но и хорошо ориентироваться в жизни. Цель нашей школы – помочь учащимся, интересующимся физикой и математикой, углубить и систематизировать свои знания по этим предметам, а также способствовать профессиональному самоопределению учащихся. Набор в 8, 9, 10 и 11 классы на 2008/09 учебный год проводится на заочное, очно-заочное и очное отделения.

для нас данные: Ф.И.О., класс, который вы заканчиваете, полный (с индексом!) почтовый адрес, e-mail (если есть). Пишите развернутые ответы на вопросы. Срок отправки анкеты – до 15 мая 2008 года.

Вопросы

1. Изучаете ли вы в школе информатику? Какие темы вы изучили? 2. Что такое информатика? Что изучается в разделе «Программирование»? 3. Изучали ли вы какие-нибудь языки программирования? Какие? 4. Какие операционные системы вы знаете? 5. Какие программы установлены на компьютере, за которым вы работаете? 6. Есть ли у вас возможность выхода в Интернет? 7. Знаете ли вы, что такое: а) циклы; б) массивы; в) функции; г) условия? 8. Что такое рекурсия, индукция? В чем различия между ними? 9. По кругу выложены 15 камушков в порядке увеличения веса. Внешне все камушки отличаются друг от друга: состоят из разных пород, имеют различную окраску, форму, вес, объем и т.д. Как при помощи чашечных весов без стрелок и гирек найти самый тяжелый камень, сделав при этом как можно меньше взвешиваний?

Заочное отделение (индивидуальное обучение) Тел./факс: (495) 408-51-45

Прием на заочное отделение проводится на конкурсной основе по результатам выполнения вступительного задания по физике и математике, приведенного ниже. Полная программа обучения рассчитана на 4 года, т.е. на 8 – 11 классы, но поступать можно в любой из этих классов. В течение учебного года, в соответствии с программой ФЗФТШ, ученик будет получать задания по физике и математике по каждой теме (4 задания по каждому предмету для 8 класса, 6 – 7 заданий по каждому предмету для 9, 10 и 11 классов), а затем – рекомендуемые авторские решения этих заданий вместе с проверенной работой. Задания содержат теоретический материал, разбор характерных примеров и задач по соответствующей теме и 8 – 12 контрольных вопросов и задач для самостоятельного решения. Это и простые задачи, и более сложные (на уровне конкурсных задач в МФТИ). Задания составляют опытные преподаватели кафедр общей физики и высшей математики МФТИ. Работы учащихся-заочников проверяют студенты, аспиранты и выпускники МФТИ (из них 80% – бывшие выпускники нашей школы). Срок отправления решения вступительного задания – не позднее 1 марта 2008 года. Вступительные работы обратно не высылаются. Решение приемной комиссии будет сообщено не позднее 1 августа 2008 года. Вне конкурса в ФЗФТШ принимаются победители областных, краевых, республиканских, окружных и всероссийских олимпиад по физике и математике 2007/08 учебного года. Им необходимо до 15 мая 2008 года выслать в ФЗФТШ выполненную вступительную работу по физике и математике вместе с копиями дипломов, подтверждающих участие в перечисленных выше олимпиадах. Тетрадь с выполненными заданиями (по физике и математике) высылайте по адресу: